Беус А.А. Гоехимия литосферы

Подождите немного. Документ загружается.

боковой ряд габбро (КК 4,6) — сиенит (КК 4,8) — нефелиновый

сиенит (КК 5,5).

Обобщая характерные особенности распределения алюминия

в магматических породах, необходимо подчеркнуть, что в отличие

от кремния, накапливающегося совместно с кислородом в верхних

оболочках литосферы, алюминий в максимальной степени концентри-

руется в пределах «базальтовой» оболочки. Главным концентратом

и носителем основной массы алюминия в «базальтовой» оболочке,

вероятно, является плагиоклаз — широко распространенный мине-

рал пород амфиболитовой и гранулитовой фаций метаморфизма.

Именно в энергетических особенностях основных плагиоклазов сле-

дует искать разгадку отмеченной тенденции алюминия к накоплению

в «базальтовой» оболочке литосферы.

Как известно, в анортитовой молекуле часть алюминия входит

в кремне-кислородный тетраэдр, замещая один атом кремния. В ре-

зультате подобного замеще-

Таблица 44

Объем элементарных ячеек полевых

шпатов, а-кварца и нефелина

Минералы

Объем на 1 ион

кислорода, А

Нефелин ....

22,7

Микроклин . . .

22,3

Альбит

21,6

а-кварц

21,3

Анортит ....

21,0

ния в полевом шпате пони-

жается общее содержание

кислорода и уменьшается

объем элементарной ячейки

—

около 3% на каждый ион

кислорода (табл. 44). Таким

образом, накопление алюми-

ния в «базальтовой» оболоч-

ке литосферы имеет вполне

определенный энергетический

смысл и должно рассматри-

ваться в тесной связи с об-

щим процессом установления

термодинамического равнове-

сия в кремне-кислородном каркасе верхних оболочек земной коры.

В нижних частях «базальтовой» оболочки вблизи границы с верх-

ней мантией роль плагиоклаза как носителя алюминия должна

переходить к омфациту и гранату эклогитов.

Вариационная диаграмма (см. рис. 4), иллюстрирующая распре-

деление алюминия в магматических породах различной кислотности,

имеет достаточно сложный характер. Четко вырисовывается серия

базальтовых дифференциатов, начиная с обедненных алюминием

толеитовых базальтов Гавайских островов и кончая глиноземистыми

геосинклинальными базальтами и габбро. Изменение содержания

алюминия в этой серии осуществляется при постоянном содержании

кремния. А в группе гранитоидов и щелочных пород имеет место

отчетливая отрицательная корреляционная связь между содержанием

алюминия и кремния, являющаяся выражением взаимоотношений

между кварцем, полевыми шпатами и фельдшпатоидами в рассматри-

ваемых породах.

6 Заказ 1605

Таблица 2>I

Алюминий в метаморфических породах

Породы, регионы

(в скобках объем выборки)

ж, %

л Е

Источник

информации

Амфиболиты

Среднее по 25 регионам

земного шара (25) * . . .

Балтийский щит, общая

выборка (28)

СССР, Украинский кри-

сталлический массив,

нижний архей (28) . . .

Там же, нижний протеро-

зой (98)

СССР, геосинклинальные

регионы азиатской части

(54)

О-в Мадагаскар (20) . . .

8,3 ± 0,5

8,5

7,5

8,1

8,2

8,3

1.29

0,94

1,10

1.30

1,07

1,55

0,16

0,11

0,15

0,16

0,13

0.19

0,44

0,50

-0,10

0,68

0,71

-0,03

В. в.

Свиридов

[1031

То же

[154], [238],

[207]

[251]

Канада (20)

8,3

1,07

0,13 —

—

В. в.

Свиридов

[1031

То же

[154], [238],

[207]

[251]

Эклогиты

Среднее по 16 районам

(16) **

Африка, общая выборка

(28)

8,0

± 0,78

8,1

1 50

2,32

0.19

0,29

0,01

0,81

Гнейсы

Среднее по 31 региону

земного шара (37) *** . .

Балтийский щпт, общая

выборка (53)

Украинский кристалличе-

ский массив (34) ....

СССР, Урал (24)

СССР, Сибирская платфор-

ма (32)

Западная Африка (90) . .

О-в Мадагаскар (29) . . .

8,4 ± 0,3

8,0

8.1

8,5

7,7

8,5

0,74

1,16

1 56

1.74

1,23

0,85

0,09

0,14

0,20

0,16

0,14

0,10

0,08

0.30

0,16

0,34

0,51

0,24

[1561

[154], [238],

[2071

[251]

[180]

Канада, общая выборка

(36)

Канада, Квебек, гнейсы

гранулитовой фации по

12 объединенным пробам

(12)

Там же, гнейсы амфиболи-

товой фации (15) ....

8,5

8,7

8,4

1,64

0,68

0,43

0,19

0,08

0,05

0,01

0,37

[1561

[154], [238],

[2071

[251]

[180]

* Сноски см. в табл. 29.

П родолжение табл. 55

Породы, регионы

(в скобках объем выборки)

ж, %

Источник

информации

Кристаллические сланцы

Среднее по 40 регионам

земного шара (40) **** .

8,8 ±0,4 1,19 0,17

0,27

0,59

Финляндия (66)

8,3

1,75 0,21

— —

[241], [241а]

СССР, геосинклинальные

[241], [241а]

регионы азиатской части,

общая выборка (48) . .

8,5

2,23

0,26

0,14

-0,83

СССР, Урал (20) .....

8,8

2,26

0,26

— —

СССР, Сибирская платфор-

8,8

2,26

0,26

ма (20)

8,3

2,34

0,28

— —

Африка, общая выборка

8,3

0,28

(58)

8,3 1,98

0,24

0,38

0,08

Канада, общая выборка

8,3

0,24

0,38

(25)

. 8,8

2,04

0,23

**** Сноску см. в табл. 29.

МЕТАМОРФИЧЕСКИЕ ПОРОДЫ

Переходя к метаморфическим породам (табл. 45), необходимо отме-

тить, что амфиболиты по содержанию алюминия соответствуют кон-

тинентальным базальтам (но не габбро) и базальтам Средне-Атланти-

ческого хребта, а содержание алюминия в эклогитах практически

не отличается от свойственного щелочным океаническим базальтам.

В то же время как амфиболиты, так и эклогиты отличаются от базаль-

тов большей величиной дисперсии содержаний алюминия и в этом

отношении они сходны с габброидами.

Гнейсы и кристаллические сланцы по содержанию алюминия

близки гранодиоритам. При этом по направлению от кристалличе-

ских сланцев к гранодиоритам увеличивается упорядоченность рас-

пределения алюминия, это отражается в закономерном снижении

коэффициента вариации его содержаний от 0,14 (кристаллические

сланцы) до 0,09 (гнейсы) и 0,05 (гранодиориты).

ОСАДОЧНЫЕ ПОРОДЫ

Увеличение коэффициента вариации содержаний алюминия на-

блюдается далее и в глинистых сланцах, не отличимых по среднему

содержанию этого элемента от более метаморфизованных кристалли-

ческих аналогов. В глинах содержание алюминия, по-видимому,

повышается, хотя количество регионов, участвовавших в подсчете

(табл. 46), нельзя признать достаточным.

Таблица 2>I

Алюминий в осадочных породах

Породы, регионы

(в скобках объем выборки)

ж, %

или

Источник

информации

Глинистые сланцы

Среднее по 24 регионам

земного шара (24) * .

СССР, геосинклиналь-

ные регионы, общая

выборка (36) ....

Малайзия (22) ....

Канада (20)

8,6 ± 0,8

8,8

8,0

8,6

1,97

1,80

1,36

1,78

0,23

0,20

0,17

0,21

0,88

0,69

[131]

Глины

Среднее по 20 регионам

земного шара (20) ** .

СССР, Русская плат-

форма

СССР, Скифская плита

СССР, Кавказ

Малайзия (29) ....

О-в Мадагаскар (21) . .

Канада (20)

9,5

±0,4

10,5

10,4

10,1

13,3

9,6

10,8

0,93

1,99

2,07

1,52

3,69

0,96

3,23

0,10

019

0 20

0,15

0,28

0,10

0,30

—

[32]

[131]

[154]

Пески и песчаники

Среднее по 20 регионам

земного шара (20) ***

СССР, Русская плат-

форма

СССР, Скифская плита

СССР, Кавказ

2,9

± 0,45

3,7

4,3

5,9

1.02

0,94

1,03

0,74

0,35

0,25

0,24

0,12

—

[32]

Карбонатные породы

Известняки, среднее по

20 регионам земного

шара (20)**** . . . .

ПНР (52)

Канада (39)

Доломит, общая (гло-

бальная) выборка (133)

0,96 ± 0,30

0,95

0,50

0,015

-0,194

-0,611

—2,024

0,68

0,381

0,611

0,365

0,70

0,63

1,17

0,60

0,18

0,60

0,98

-0,13

Точность

среднего ме

нее ± 20%

[251]

* Сноски см. в табл. 30.

5Ю

0,ЗЗЛ-

Рис. 5. Изменение во

времени величины

алюмо-кремниевого

модуля в породах

щитов и осадочного

чехла Русской (РП)

и Североамериканской

_| I I—

А Р1, , РЦ Рг Мг-Кг А п

I I °

. I I I

РЪ,

Рг, Мг-Кг

±1 I

(АП) платформ.

^ ' :!_1 I

-3500—2700 М0-т-ггя)~-3500-2700-

'1-2

1 Ь—1

По А. Б. Ронову и

А. А. Мигдисову

Абсолютное Время, млн. лет

Ш-6ВВ-22М*

Интересна достаточно четко проявленная тенденция уменьшения

содержания алюминия в глинистых осадках чехла древних платформ

(Русской, Североамериканской) от протерозоя до кайнозоя, обусло-

вленная весьма широким развитием основного вулканизма в докемб-

рийских геосинклиналях и резким снижением масштаба излияний

основной магмы после консолидации платформ. А. Б. Ронов и

А. А. Мигдисов [99], анализируя геохимическую историю Русской

и Североамериканской платформ,отмечают также закономерное изме-

нение во времени алюмо-кремниевого модуля, характерное как для

глинистых осадочных, так и для парапород рассматриваемых плат-

форм (рис. 5). Относительно высокое значение модуля для комплекса

архейских пара- и ортопород они объясняют унаследованием глино-

зема в процессе переработки и гранитизации раннеархейских основ-

ных эффузивов и продуктов их разрушения (граувакков). В более

поздние этапы величина модуля закономерно снижается в соответ-

ствии с уменьшением интенсивности эффузивного вулканизма, раз-

витием гранитизации и т. д. Эволюция осадочных глинистых пород

с точки зрения алюминия шла в противоположном направлении. По-

ступление алюминия в глины по сравнению с кремнием увеличива-

лось от архея вплоть до мезозоя, когда условия _осадконакопления

на платформах претерпели резкие изменения.

Заслуживает внимания также близкое соответствие распределения

алюминия в древних и современных глинистых осадках (табл. 47),

хотя для выборок, представляющих современные морские осадки,

в ряде случаев характерна высокая дисперсия распределения содер-

жаний алюминия, вызываемая включением проб, в различной мере

обогащенных карбонатным материалом. К сожалению, представи-

тельный материал, позволяющий сравнить распределение алюминия

Таблица 2>I

Алюминий в современных осадках

Осадки, регионы

(в скобках объем выборки)

ж, %

Источник

информации

Глубоководные глинистые

[182]

океанические (28) . . .

8.3 1,47 0,18 —0,41

-0,45 [182]

Пелагические. Тихий оке-

[182]

ан (25)

8,6

2,58

0,30

-1,30 -0,81

[198]

Глубоководные карбонат-

8,6

[198]

ные (более 10% СаС0

)

(14)

4,06

2,21 0,54

— —

[182]

Терригенные океанические.

Залив Пария, Венесуэла:

глины (12)

8,3 1,06

0.13

— —

пески (15)

3,2

1,11 0,34

в современных морских и пресноводных осадках, отсутствует. Из-

вестная средняя проба, представляющая ил р. Миссисипи [164],

с этой точки зрения несколько обеднена алюминием (5,8%), однако

неизвестно, насколько эта проба может представлять пресноводные

осадки вообще.

Интересна и резкая разница в содержании алюминия между из-

вестняками и доломитами. Хемогенный характер последних, по-види-

мому, может служить объяснением этого явления. В среднем содер-

жание алюминия в пелагических осадках океанов, с учетом распре-

деления различных групп осадков, принято нами равным 6%, что

практически не отличается от цифры, данной А. Б. Роновым

и А. А. Ярошевским.

Среднее содержание алюминия в осадочной оболочке литосферы

дано в табл. 48. После исключения углекислоты и избытка воды

содержание алюминия в осадочной оболочке увеличивается до 7,1%.

Этой цифре близки новые данные о распространении алюминия в оса-

дочном чехле Русской и Североамериканской платформ, опублико-

ванные А. Б. Роновым и А. А. Мигдисовым [99]: Русская платформа

А1 4,1%, после исключения С0

6,7%, после исключения избытка

воды 7,2%; Североамериканская платформа А1 3,9%, после исключе-

ния СО

6,6%, после исключения избытка воды 6,9%.

Для магматических пород «гранитной» оболочки, представляющих

древние платформы и молодые геосицклинальные зоны, характерна

заметная разница в среднем содержании алюминия, обусловленная

различным соотношением гранитов и гранодиоритов в пределах этих

макроструктурных единиц литосферы (табл. 49). Среднее содержание

алюминия в «гранитной» оболочке литосферы (табл. 50) соответствует

смеси равных частей гранита и гранодиорита. Следует отметить неко-

торый дефицит алюминия в осадочной оболочке по сравнению с «гра-

нитной», что, вероятнее всего, объясняется неточностью использован-

Таблица 2>I

Распределение алюминия в осадочной оболочке литосферы

на континентах

Породы

Среднее

содержание

алюминия,

Коэффициент

вариации

содержаний

Распростра-

ненность

в относитель-

ных %

Распростра-

ненность

пород в %

от массы

оболочки

Осадочные

Глинистые сланцы ....

Глины ....

Пески и песчаники ....

Карбонаты

Эвапориты

8.6

9,5

2,9

0,96

0,03*

0,23

0,10

0.34

0,70

Не опр.

} 53,0

25,4

20,8

0,8

Среднее ......

5,78 0,32 100,0

80,4

Эффузивные

Базальты платформенные .

Базальты геосинклиналь-

ные ....

8,2

0,09

0,07

0,06

0,07

0,08

0,07

5,6

31,1

41,3

0,8

21,0

0,1

Андезиты

Дациты

Кислые эффузивы ....

Трахиты

Фонолиты

9,0

8,5

6,9

9,3

10,7

0,09

0,07

0,06

0,07

0,08

0,07

5,6

31,1

41,3

0,8

21,0

0,1

8,40 0,07

100,0 19 6

8,40 0,07

100,0

Среднее для осадочной обо-

лочки на континентах

6,29 0,27

100,0

* По данным М. Хорна [223].

ных данных о соотношениях силикатных и карбонатных пород в гео-

синклинальных зонах Существенную роль играет также отсутствие

достоверных данных о соотношениях интрузивных, метаморфических

и осадочных пород в пределах геосинклинальных зон. Распростране-

ние на геосинклинальную кору данных о составе платформенной коры

может служить источником многих неточностей.

Исходя из того, что в докембрии карбонатные породы распространены

гораздо меньше, чем в более поздние периоды развития земной коры, А. Б. Ронов

и А. А

•

Ярошевский [100] при пересчете сократили количество карбонатных по-

род в 3 раза.

Таблица

Распределение алюминия в магматических породах платформенных

и геоеинклннальных регионов «гранитной» оболочки литосферы

Древние платформы

Геосинклинали

Породы

Среднее

Распростра- Среднее Распростра-

Породы

содержание

ненность содержание

ненность

алюминия.

в относи-

алюминия, в относи-

тельных %

Граниты

7.2 74,0

7,5 43.0

Гранодпориты

8,6 10,8

8,6

43,0

Кварцевые диориты . . .

8.6

2,4

8,6

4,0

Диориты

8,9 1,4

8,9

2,0

Габбро

9,1

10.0

9,1

7,0

Перидотиты

2,54

Дтнпты

0,69

Сиениты

9.0

1,0

9,5

0,6

Нефелиновые сиениты . .

11,0

0,1

11,0

0,1

Среднее

7,60

100.0

8,17

100,0

Таблица 50

Распределение алюминия в породах «гранитной» оболочки литосферы

Породы

Среднее

содержание

алюминия,

Коэффициент

в ариации

содержаний

Распростра-

ненность в

относитель-

ных %

Распростра-

ненность

пород в %

от массы

оболочки

Магматические

Граниты

7,4

0,06

63,7

Гранодпориты

8,6

0.05

21,5

Кварцевые диориты . . .

8,6

0,07 2,9

Диориты

8,9

0,05

1,6

Габбро

9,1

0,12

9,0

Перидотиты

2,54

0,54

О я

Дуниты

0 69

0,57

Сиениты

9,4

0,14

0,9

Нефелиновые сиениты . .

11,0 0,07

0,1

Среднее . . .

7,87 0,07

100,0

53,4

Продолжение табл. 72

Породы

Среднее

содержание

алюминия,

Коэффициент

(вариации

содержаний

Распростра-

ненность

в относи-

тельных %

распростра-

ненность

пород в %

от массы

оболочки

Метаморфические

Гнейсы

Кристаллические сланцы .

Кварциты и песчаники . .

Амфиболиты

Карбонаты

8,4

8,8

3,8

8,3

1,4*

0,09

0,13

0,24

0,16

Не опр.

} 84,0

7,0

8,2

0,8

Среднее

8,16

0,095

100.0 46,6

Среднее для «гранитной»

оболочки литосферы . .

8,00

0,08

* По данным А. Б. Ронова и А. А. Мигдисова [99).

4. ЖЕЛЕЗО

Железо — химический элемент внутренних геосфер Земли, роль

которого закономерно уменьшается при переходе от глубоких гори-

зонтов земной коры, близких к верхней мантии, к приповерхностным

зонам «гранитной» оболочки.

Атом железа среди прочих атомов породообразующих элементов

обладает максимальным атомным весом. На кривой атомных объемов

он занимает наиболее низкий уровень, что, согласно А. Е. Ферсману,

имеет большое значение на ранних стадиях дифференциации мате-

рии. «...вещество на первых путях своей дифференциации и распре-

деления группируется по своей потребности в пространстве, по атом-

ным объемам» [117, стр. 64]. Среди породообразующих элементов

железо является единственным элементом, имеющим переменную

валентность (роль марганца в этом отношении по сравнению с желе-

зом ничтожна). Это свойство определяет в известной мере исключи-

тельную роль железа в транспортировке кислорода в глубокие

участки литосферы в процессе погружения окисленных осадков при

формировании геосинклиналей. В связи с относительно большим

атомным весом железа окись двухвалентного железа РеО среди про-

чих породообразующих окислов выделяется также минимальным

(по весу) содержанием кислорода на один атом металла.

МАГМАТИЧЕСКИЕ ПОРОДЫ

Главной особенностью распределения железа в ультраосновных

породах является незначительная разница его содержаний для сред-

них составов ультрабазитов при наличии резких различий внутри

типов в зависимости от геологического положения конкретных разно-

видностей (табл. 51). Заслуживает специального внимания заметно

более высокое содержание железа в древних ультрабазитах, развитых

в пределах платформенных регионов, по сравнению с аналогичными

породами геосинклинальных зон, хотя информация, иллюстриру-

ющая это положение, не всегда может быть признана достаточной.

В этой связи следует отметить, что имеющиеся единичные анализы

дунитов и перидотитов, интрузивные массивы которых обнаружи-

ваются в пределах развития базальтовых серий на островах Индий-

ского и Атлантического океанов, также отличаются высоким содер-

жанием железа (более 9%). В то же время дуниты и перидотиты океа-

нического дна заметно обеднены железом и с этой точки зрения могут

рассматриваться как крайние в ряду ультрабазитов, представляющих

платформенные регионы, геосинклинальные зоны и океаниче-

ское дно.

Обращаясь к гипабиссальным и интрузивным представителям

семейства ультрабазитов, укажем на полную аналогию распределе-

ния железа в кимберлитах и перидотитах. Имеющаяся ограниченная

информация по океаническим пикритам свидетельствует о сходстве

распределения железа в породах этой группы с богатыми железом

сериями платформенных ультрабазитов. Таким образом, намечается

известная аналогия в распределении железа в ультрабазитах плат-

форменных регионов и океанических островов при существенно пони-

женном содержании этого элемента в ультрабазитах геосинклиналь-

ных областей земной коры.

Относительно резкие колебания в пределах отдельных типов пород

и недостаточный, в общем, объем аналитической информации по уль-

траосновным породам не позволяют сделать окончательного вывода

по соотношению трехвалентного и двухвалентного железа в ультра-

базитах Однако в свежих разностях пород достаточно четко наме-

чается увеличение роли трехвалентного железа от дунитов (Ре

/Ре

около 0,20) к перидотитам (Ре

/Ре

0,25), пироксенитам(Ре

/Ре

0,50) и, наконец, к кимберлитам, в которых количество трехвалент-

ного железа (в результате явно вторичных процессов) преобладает

(Ре

/Ре

1,8).

Степень окисления железа в процессе силикатного анализа может быть

•определена с достаточной точностью только при условии применения специ-

альной методики, предотвращающей переход железа из двухвалентного в трех-

валентное состояние в процессе растирания пробы и ее анализа. Если к этому

добавить значительную ошибку, с которой обычно определяется окисное железо

в различных лабораториях даже в одной и той же предварительно растертой

пробе, то очевиден весьма приблизительный характер наших значений об отно-

шениях трех- и двухвалентного железа в горных породах.